基于TableStore的海量电商订单元数据管理

摘要： # 一、背景 订单系统存在于各行各业，如电商订单、银行流水、运营商话费账单等，是一个非常广泛、通用的系统。对于这类系统，在过去十几年发展中已经形成了经典的做法。但是随着互联网的发展，以及各企业对数据的重视，需要存储和持久化的订单量越来越大。

一、背景
订单系统存在于各行各业，如电商订单、银行流水、运营商话费账单等，是一个非常广泛、通用的系统。对于这类系统，在过去十几年发展中已经形成了经典的做法。但是随着互联网的发展，以及各企业对数据的重视，需要存储和持久化的订单量越来越大。数据的重视程度与数据规模的膨胀带来了新的挑战，原有的系统是否还能继续满足需求成了焦点？

需求场景
某电商平台A，需要进行持久化所有平台产生的订单数据。同时，基于所有的订单数据，系统又需要向外提供面向多种角色：消费者、店家、平台三类人群的多元化的查询服务。消费者可以查询自己的历史订单，商家可以统计热销产品，平台也可以分析用户行为、平台交易规模等。主要查询方式涵盖订单的多维度检索，以及订单数据的分析、统计等，例如：
面向消费者：【A消费者】【近1年】【产品名含'电脑'字段】订单查询；
面向店家：【B店家】【近1个月】【每个产品】销售量排名；
......

技术点
在订单场景中，技术上通常需要考虑的技术点，主要包含如下几个方面：

查询能力：需要具备丰富的查询类型，如多维度、范围、模糊查询等，同时具备排序、统计等功能；
数据量：存储海量数据的同时，满足强一致、高可用、低成本等要求；
服务性能：应对高并发请求高并发的同时，保证低延迟；
二、方案演进
应对订单场景，电商通常会采用MySQL传统方案。借助关系型数据库强大的查询能力，用户可直接通过SQL语句实现订单数据的多维度查询、数据统计等。所谓数据膨胀，分为横向、纵向两种，横向即不断迭代引入的新字段维度，纵向即总的存储数据量。在面对这两种订单数据膨胀上，单MySql方案逐渐变得吃力。 SQL + NoSQL的组合方案（以下称：组合方案）便应运而生，借助两个数据库各自的优势分别解决不同场景各自的需求。但组合方案同样也带来了新的问题，组合方案牺牲空间成本，同时也增加了开发工作量与运维复杂度。在保证数据一致性上产生额外开销。

下面让我们看一下如下几个常规方案：

常规方案
1、MySql分库分表方案
MySql自身拥有强大的数据查询、分析功能，基于MyQql创建订单系统，可以应对订单数据多维查询、统计场景。伴随着订单数据量的增加，用户会采取分库、分表方案应对，通过这种伪分布式方案，解决数据膨胀带来的问题。但数据一旦达到瓶颈，便需要重新创建更大规模的分库+数据的全量迁移，麻烦就会不断出现。数据迭代、膨胀带来的困扰，是MySql方案难于逾越的。仅仅依靠MySql的传统订单方案短板凸显。
1、数据纵向（数据规模）膨胀：采用分库分表方案，MySql在部署时需要预估分库规模，数据量一旦达到上限后，重新部署并做数据全量迁移；
2、数据横向（字段维度）膨胀：schema需预定义，迭代新增新字段变更复杂。而维度到达一定量后影响数据库性能；

2、MySql+HBase方案
引入双数据的方案应运而生，通过实时数据、历史数据分存的方案，可以一定程度解决数据量膨胀问题。该方案将数据归类成两部分存储：实时数据、历史数据。同时通过数据同步服务，将过期数据同步至历史数据。
1、实时订单数据（例如：近3个月的订单）：将实时订单存入MySql数据库。实时订单的总量膨胀的速度得到了限制，同时保证了实时数据的多维查询、分析能力；
2、历史订单数据（例如：3个月以前的订单）：将历史订单数据存入HBase，借助于HBase这一分布式NoSql数据库，有效应对了订单数据膨胀困扰。也保证了历史订单数据的持久化；
但是，该方案牺牲了历史订单数据对用户、商家、平台的使用价值，假设了历史数据的需求频率极低。但是一旦有需求，便需要全表扫描，查询速度慢、IO成本很高。而维护数据同步又带来了数据一致性、同步运维成本飙升等难题；

3、MySql+Elasticsearch方案
组合方案还有MySql+Elasticsearch，该方案同样是将数据分两部分存储，可以一定程度解决订单索引维度增长问题。用户自己维护数据同步服务，保证两部分数据的一致性；
1、全量数据：将全量的订单数据存入MySql数据库，订单ID之外的数据整体存为一个字段。该全量数据作为持久化存储，也用于非索引字段的反查；
2、查询数据：仅将需要检索的字段存入Elasticsearch（基于Lucene分布式索引数据库），借助于Elasticsearch的索引能力，提供可以应付维度膨胀的订单数据，然后必要时反查MySql获取订单完整信息；
该方案应付了数据维度膨胀带来的困扰，但是随着订单量的不断膨胀，MySql扩展性差的问题再次暴露出来。同时数据同步至Elasticsearch的方案，开发、运维成本很高，方案选择也存在弊端。

TableStore方案
如果使用表格存储（TableStore）研发的多元索引（SearchIndex）方案，则可以完美地解决以上问题。TableStore具有即开即用，按量收费等特点。多元索引随时创建，是海量电商订单元数据管理的优质方案。
TableStore作为阿里云提供的一款全托管、分布式NoSql型数据存储服务，具有【海量数据存储】、【热点数据自动分片】、【海量数据多维检索】等功能，天然地解决了订单数据大爆炸这一挑战；
同时，SearchIndex功能在保证用户数据高可用的基础上，提供了数据多维度搜索、统计等能力。针对多种场景创建多种索引，实现多种模式的检索。用户可以仅在需要的时候创建、开通索引。由TableStore来保证数据同步的一致性，这极大的降低了用户的方案设计、服务运维、代码开发等工作量。

三、基于表格存储实现的订单场景Demo
业务描述：
每成功完成一笔交易，就会生成一笔交易数据。交易数据包含了交易中的必要元素，如：交易时间、交易的双方、交易的产品、数量、价格等，这里选择最基本元素举例，仅将必要字段简历索引，格式如下：

订单持久化数据
表名："order_table"

创建订单表
用户仅需维护一个数据库，按如下方式创建：用户可以通过控制台创建、管理Table，也可通过SDK

List<PrimaryKeySchema> primaryKey = Arrays.asList(

    new PrimaryKeySchema("order_id", PrimaryKeyType.STRING)

);

TableMeta tableMeta = new TableMeta(tableName);
tableMeta.addPrimaryKeyColumns(primaryKey);
CreateTableRequest request = new CreateTableRequest(tableMeta, new TableOptions(-1, 1));
CreateTableResponse createTableResponse = otsClient.createTable(request);
创建索引
用户根据自身需求，在需要的时候随时创建索引。TableStore自动做全量、增量的索引数据同步：用户可以通过控制台创建、管理SearchIndex，也可通过SDK按如下方式创建（索引暂不支持update）

CreateSearchIndexRequest createSearchIndexRequest = new CreateSearchIndexRequest();
createSearchIndexRequest.setTableName("tableName");
createSearchIndexRequest.setIndexName("indexName");

IndexSchema indexSchema = new IndexSchema();
indexSchema.setIndexSetting(new IndexSetting(1));//必写
indexSchema.setFieldSchemas(Arrays.asList(

    new FieldSchema("product_id", FieldType.KEYWORD).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true),
    new FieldSchema("product_name", FieldType.TEXT).setIndex(true),//TEXT不能设置docValues
    new FieldSchema("product_type", FieldType.KEYWORD).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true),
    new FieldSchema("product_count", FieldType.DOUBLE).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true),
    new FieldSchema("consumer_id", FieldType.KEYWORD).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true),
    new FieldSchema("seller_id", FieldType.KEYWORD).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true),
    new FieldSchema("total_pay", FieldType.DOUBLE).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true),
    new FieldSchema("time_stamp", FieldType.LONG).setIndex(true).setEnableSortAndAgg(true).setStore(true)

));
createSearchIndexRequest.setIndexSchema(indexSchema);

CreateSearchIndexResponse createSearchIndexResponse = otsClient.createSearchIndex(createSearchIndexRequest);
数据读取
数据读取分为两类：
1、基于原生表格存储的主键列获取：getRow, getRange, batchGetRow等;
2、基于新SearchIndex功能Query：search;

主键读取
GetRowRequest getRowRequest = new GetRowRequest();

PrimaryKey pk = new PrimaryKey(new PrimaryKeyColumn[]{

    new PrimaryKeyColumn("order_id", PrimaryKeyValue.fromString("fa960b5af"))

});

SingleRowQueryCriteria singleRowQueryCriteria = new SingleRowQueryCriteria("order_table", pk);
singleRowQueryCriteria.setMaxVersions(1);
getRowRequest.setRowQueryCriteria(singleRowQueryCriteria);

GetRowResponse rowResponse = o​tsClient.getRow(getRowRequest);
Search读取
新增的search接口，通过设置QueryRequest实现不同query，不同aggregation，不同sort的功能

SearchQuery searchQuery = new SearchQuery();

//设置查询条件，用户发挥
searchQuery.setQuery(Query anyQuery);

//做分页
searchQuery.setLimit(10);
searchQuery.setOffSet(0);

SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("tableName", "indexName", searchQuery);

SearchRequest.ColumnsToGet columnsToGet = new SearchRequest.ColumnsToGet();
columnsToGet.setColumns(columnsToShow);//List<String> columnsToShow
searchRequest.setColumnsToGet(columnsToGet);

SearchResponse resp = otsClient.search(searchRequest);
返回结构

SearchResponse extends Response {

private long totalCount;//query匹配成功数据总数
private List<Row> rows;//query匹配数据列表（1）
private boolean isAllSuccess;

}
场景Demo
search功能主要分为三种：（多维度）查询，排序，聚合，使用上通过三种功能的组合来实现；

场景1：多维度查询
【"consumer_001"用户】【上个月】购买【产品名含某"牙膏"字段】的订单记录
使用：BoolQuery, TermQuery, RangeQuery, MatchPhraseQuery

BoolQuery boolQuery = new BoolQuery();

TermQuery termQuery = new TermQuery();
termQuery.setFieldName("consumer_id");
termQuery.setTerm(ColumnValue.fromString("consumer_001"));

RangeQuery rangeQuery = new RangeQuery();
rangeQuery.setFieldName("time_stamp");
rangeQuery.greaterThanOrEqual(ColumnValue.fromLong(fromTime));
rangeQuery.lessThanOrEqual(ColumnValue.fromLong(toTime));

MatchPhraseQuery matchPhraseQuery = new MatchPhraseQuery();
matchPhraseQuery.setFieldName("product_name");
matchPhraseQuery.setText("牙膏");

boolQuery.setMustQueries(Arrays.asList(

    termQuery, rangeQuery, matchPhraseQuery

));

SearchQuery searchQuery = new SearchQuery();
searchQuery.setQuery(boolQuery);
searchQuery.setLimit(10);

//仅构建Query
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("tableName", "indexName", searchQuery);
场景2：查询，排序
整个平台【上个月】【单订单支付金额】排行榜Top10
使用：RangeQuery, FieldSort

RangeQuery rangeQuery = new RangeQuery();
rangeQuery.setFieldName("time_stamp");
rangeQuery.greaterThanOrEqual(ColumnValue.fromLong(fromTime));
rangeQuery.lessThanOrEqual(ColumnValue.fromLong(toTime));

//排序因子
FieldSort fieldSort = new FieldSort("total_pay");
fieldSort.setOrder(SortOrder.DESC);

SearchQuery searchQuery = new SearchQuery();
searchQuery.setQuery(rangeQuery);
searchQuery.setSort(new Sort(Arrays.asList(fieldSort)));
searchQuery.setLimit(10);

//构建Query+Sort
SearchRequest searchRequest = new SearchRequest("tableName", "indexName", searchQuery);